JP3065915B2

JP3065915B2 - 流体圧制御弁

Info

Publication number: JP3065915B2
Application number: JP7180031A
Authority: JP
Inventors: 賢二平工; 一朗中村; 忠彦野上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 2000-07-17
Anticipated expiration: 2015-07-17
Also published as: JPH0886372A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弁体を共振駆動して流
体の流量・圧力を制御する流体圧制御弁に係わり、特
に、材料の幅を減縮加工する幅圧縮加工機における加振
源として好適な流体圧制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、材料の幅を圧縮加工する幅圧縮加
工機に関する公知技術として、例えば以下のものがあ
る。特開昭６１−２６２４０１号公報この公知技術は、材料の幅側部にこれに接する金敷を配
置するとともに、この金敷を振動させながら圧縮方向に
力を加える加振圧縮力負荷装置を設け、この加振圧縮力
負荷装置で金敷に振動を加えて強制振動させながら幅圧
縮を行うことにより、板幅を均一に保ちつつ幅圧縮を行
うものである。

【０００３】ここで、公知技術においては、加振圧縮
力負荷装置の具体的構成については特に開示されていな
い。しかし、この加振圧縮力負荷装置を具体的に構成し
ようとする場合、大出力・高応答の観点から、例えば、
弁体を振動させ流体の流量・圧力を制御する流体圧制御
弁を加振源として用い、これにより流体に所定周波数の
脈動を発生させ流体圧シリンダ等の負荷を振動させるこ
とが考えられる。そして、このような流体圧制御弁に関
する公知技術として、例えば以下のものがある。特開昭６３−２６８９５２号公報この公知技術による流体圧制御弁は、燃料噴射弁に高圧
燃料を供給する燃料噴射装置に適用されるものであり、
応答の極めて速い圧電素子で弁体を微小変位させ、さら
にこれを弁体振動系の共振を利用して動的に拡大するこ
とにより、制御部からの噴射信号の間だけ開動作して高
圧燃料を燃料噴射弁へ供給する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術の流体圧制御弁を、公知技術の加振圧縮力負
荷装置の加振源として適用しようとした場合には、以下
の課題が生じる。一般に、幅圧縮加工における材料の塑
性変形を促進させるために振動を加える場合には、推力
・変位量は比較的小さくてよいものの、高い周波数で加
振する必要がある。そしてさらに、この塑性変形促進効
果が最も高くなるように材料を共振させようとする場合
には、特に、極めて高い周波数での加振が必要となる。
すなわち例えば、普通鋼を熱間で幅圧縮加工する場合に
は、数千トンの圧縮加工力、数百ｍｍの変位量で行われ
るが、材料を共振させるためには数ｋＨｚでの加振が必
要となる。

【０００５】ここにおいて、公知技術の流体圧制御弁
は、弁体振動系の共振周波数を変えることができず、負
荷をある一定の周波数でしか加振できない。したがっ
て、高い周波数で流体を駆動することができないので、
加振圧縮力負荷装置で材料の塑性変形を促進するに充分
な振動を与えるのが困難である。また材料を共振させる
のに十分な振動を与えるのは極めて困難となる。

【０００６】本発明の目的は、周波数を可変とすること
により、材料の塑性変形を促進するに充分な高い周波数
で流体を脈動させることができる流体圧制御弁を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、弁体及び少なくとも該弁体を振動
可能に弾性的に保持する弾性部材を備えた弁体振動系
と、前記弁体振動系を該弁体振動系の共振周波数近傍の
周波数で加振する加振手段とを有し、前記弁体の変位量
に応じ流体の流量・圧力を制御する流体圧制御弁におい
て、前記弁体振動系の質量を可変とすることにより、該
弁体振動系の共振周波数を可変としたことを特徴とする
流体圧制御弁が提供される。

【０００８】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、弁体及び少なくとも該弁体を振動可能に弾性的
に保持する弾性部材を備えた弁体振動系と、前記弁体振
動系を該弁体振動系の共振周波数近傍の周波数で加振す
る加振手段とを有し、前記弁体の変位量に応じ流体の流
量・圧力を制御する流体圧制御弁において、前記弾性部
材として少なくとも１つの非線形ばねを用い前記弁体振
動系のばね定数を可変とすることにより、該弁体振動系
の共振周波数を可変としたことを特徴とする流体圧制御
弁が提供される。

【０００９】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、弁体及び少なくとも該弁体を振動可能に弾性的
に保持する弾性部材を備えた弁体振動系と、前記弁体振
動系を該弁体振動系の共振周波数近傍の周波数で加振す
る加振手段とを有し、前記弁体の変位量に応じ流体の流
量・圧力を制御する流体圧制御弁において、前記弁体振
動系の共振周波数を可変とし、前記加振手段は、前記弁
体振動系の振動方向両側に１つずつ設けられており、か
つ、これら２つの加振手段は、一の側の加振手段が前記
弁体振動系を押圧するときには他の側の加振手段が前記
弁体振動系を引張し、一の側の加振手段が前記弁体振動
系を引張するときには他の側の加振手段が前記弁体振動
系を押圧するように、互いに同期して制御されているこ
とを特徴とする流体圧制御弁が提供される。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】好ましくは、前記流体圧制御弁において、
前記弁体振動系の質量及びばね定数のうち少なくとも一
方を可変とすることにより、該弁体振動系の共振周波数
を可変としたことを特徴とする流体圧制御弁が提供され
る。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】さらに好ましくは、前記流体圧制御弁にお
いて、前記弁体振動系のばね定数を可変とすることによ
り、該弁体振動系の共振周波数を可変としたことを特徴
とする流体圧制御弁が提供される。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【作用】以上のように構成した本発明の流体圧制御弁に
おいては、弁体と弾性部材とを備えた弁体振動系を加振
手段で加振するとき、弁体振動系の共振周波数近傍の周
波数で加振する。これにより、もともとの加振手段にお
ける振幅に所定の共振倍率を乗じた大きな振幅で弁体を
振動させる。そして、この弁体の振動方向の変位量に応
じ、流体を脈動させつつ供給することができる。ここに
おいて、弁体振動系の共振周波数は、弁体振動系の質量
の平方根に反比例し、かつ弁体振動系のばね定数の平方
根に比例する。本発明の流体圧制御弁においては、これ
ら弁体振動系の質量又はばね定数を可変とし、この弁体
振動系の共振周波数を可変とする。このとき例えば弾性
部材として少なくとも１つの非線形ばねを用いることも
でき、この場合、非線形ばねが少なくとも弁体を保持す
るときに予め与えられる自由状態からの予圧縮量を調整
して非線形ばねのばね定数を調整し、弁体振動系のばね
定数を可変とすればよい。このようにして弁体振動系の
共振周波数を可変とすることにより、共振周波数が固定
であった従来と異なり、例えば弁体振動系の質量を小さ
くあるいはばね定数を大きくすることにより、十分に高
い周波数で流体を脈動させることができる。よって、幅
圧縮加工機の加振圧縮加工装置の加振源として用い、材
料の塑性変形を促進することができる。また、極めて高
い周波数を与えれば材料を共振させることもできるの
で、さらに塑性変形促進効果を高めることができる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】また、加振手段は、弁体振動系の振動方向
両側に１つずつ設けられており、かつ、これら２つの加
振手段は、一の側の加振手段が弁体振動系を押圧すると
きには他の側の加振手段が弁体振動系を引張し、一の側
の加振手段が弁体振動系を引張するときには他の側の加
振手段が弁体振動系を押圧するように、互いに同期して
制御されていることにより、両側の加振手段で弁体振動
系をプッシュプル駆動することとなるので、例えば、入
力電圧に応じて正方向に伸びる圧電素子を用いて加振す
る場合であっても、片側に１つ設ける場合と異なり、常
に弁体の中立位置を一定に保持できる。また、加振手段
を片側に１つ設ける場合に比し、同一電圧で弁体変位を
２倍にできるので、大流量化を図ることができる。

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付の図面を参照し
つつ説明する。本発明の第１の実施例を図１〜図８によ
り説明する。本実施例は、流体圧制御弁及びこれを用い
た幅圧縮加工機の実施例である。本実施例による幅圧縮
加工機６００の概略構造を表す概念図を図２に示す。図
２において、幅圧縮加工機６００は、流体圧制御弁５０
Ｕ及び５０Ｌ（図示せず）で制御される流量・圧力に応
じて動作する流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌと；この流体
圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌに固定され、材料６３０の側面
に加工力を成す圧縮力を負荷するプレス工具の金敷６２
９Ｕ，Ｌと；金敷６２９Ｕ，Ｌの変位量を検出し対応す
る信号を出力する変位センサ６２４Ｕ及び６２４Ｌ（図
示せず）と、流体圧制御弁５０Ｕ，Ｌにおける加振動作
をそれぞれ制御する下位コントローラ６４０Ｕ及び６４
０Ｌ（図示せず）と、これら下位コントローラ６４０
Ｕ，Ｌの制御動作を互いに関連づけて制御する上位コン
トローラ６４１とを有し、金敷６２９Ｕ，Ｌを介し板状
の材料６３０を強制振動させつつ圧縮して幅を減ずる加
工を行う。

【００３８】流体圧制御弁５０の全体構造を表す縦断面
図を図１に示す。図１において、流体圧制御弁５０は、
内部軸線上に全通する空洞部を備えた弁本体１と；弁本
体１の空洞部の長手方向ほぼ中央部に同心状に内装さ
れ、中心軸線上に全通する空洞部を備えたスリーブ２
と；スリーブ２と弁本体１の一端（図１中左端）との間
に形成された空洞部に、軸線と同心状をなして内装され
た断面がほぼＴ字形をなすフレーム５ａと；フレーム５
ａの弁本体１の一端（図１中左端）に向かって延びるＴ
字形の足の部分を弁本体１に軸線と同心状に支持するリ
ニア軸受６ａと；弁本体１の空洞部にフレーム５ａのＴ
字形の足の端部に接して配置された圧電素子７と；圧電
素子７に与える電流を外部とやり取りするためのコネク
タ１８と；圧電素子７の端部に接して配置された中立点
調整ねじ８と；スリーブ２と弁本体１の他端（図１中右
端）との間に形成された空洞部に軸線と同心状をなして
内装され、断面がほぼＴ字形をなし、その軸方向位置を
調整する中立点調整ねじ機構を兼ね備えたフレーム５ｂ
と；スリーブ２の中心軸線の空洞部に軸線方向に移動可
能に内装された弁体３と；フレーム５ａ，５ｂのＴ字形
の横棒部分の上に、横棒部分に支持されてそれぞれ配置
された板ばね４ａ，４ｂと；弁体３と板ばね４ａ，４ｂ
間に配置されて弁体３を板ばね４ａ，４ｂの間に支持す
る延長ステム９ａ，９ｂと；板ばね４ａ，４ｂと延長ス
テム９ａ，９ｂの間に介装された鋼球１０ａ，１０ｂ
と；フレーム５ｂの足の部分に形成された中空部に嵌挿
され、板ばね４ｂの軸方向の変位を検出し対応する変位
量信号を出力する変位センサ１１と；弁体振動系（後
述）の質量を変えるために弁体３の延長ステム９ｂに一
体に着脱可能に取り付けられている錘１９等によって構
成されている。

【００３９】弁体３は、スリーブ２の空洞部の内径とほ
ぼ同じ径のランド３ａ，３ｂと、ランド３ａ，３ｂを連
結するために設けられランド３ａ，３ｂよりも小さい径
を備えたステム３ｃより構成されている。またスリーブ
２には、空洞部のうちステム３ｃが配置される位置に開
口する供給ポートＰ_sと、ランド３ａ，３ｂが配置され
る位置に開口する２つの制御ポートＰ_c，Ｐ_cとが設けら
れている。２つの制御ポートＰ_c，Ｐ_cがスリーブ２の空
洞部に開口する部分はそれぞれ空洞部内壁面に沿って円
周上に形成された環状溝２ｃ，２ｄをなしており、二つ
の環状溝２ｃ，２ｄの供給ポートＰ_s，Ｐ_sに近い側の壁
面の間隔は、ランド３ａ，３ｂを連結するステム３ｃの
長さとほぼ同じになっている。そしてこれによって、ラ
ンド３ａ，３ｂのステム３ｃ側端面と環状溝２ｃ，２ｄ
のステム３ｃ側端面との間に、環状の隙間である制御オ
リフィス２ａ，２ｂが形成されている。なお図１に示し
た状態は、制御オリフィス２ａ，２ｂが閉じられている
中立状態である。

【００４０】圧電素子７は、フレーム５ａ、板ばね４
ａ、鋼球１０ａ、延長ステム９ａを介し弁体３を軸線方
向に駆動する。錘１９は、質量を変えて何種類か用意さ
れ、その枚数や種類を変えることで細かく弁体振動系の
質量が調節できるようになっている。弁本体１は、錘１
９の脱着を容易にするため弁本体１ａと弁本体１ｂに分
離され、ベース２１上に固定されている。弁本体１ａ及
びベース２１には、スリーブ２の供給ポートＰ_s及び制
御ポートＰ_c，Ｐ_cを連通させるための流路が形成されて
いる。また弁本体１ｂには、軸線と同心上に延長ステム
９ｂを支持するリニア軸受６ｂが設けられ、錘１９によ
る延長ステム９ｂの曲がりとそれに伴う弁体３とスリー
ブ２間の摩擦の増加を防止している。

【００４１】図２に戻り、幅圧縮加工機６００はまた、
一定圧力源６３１Ｕ及び６３１Ｌ（図示せず）と、流体
圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌ内の流体をそれぞれ排出するた
めのタンク６２５Ｕ及び６２５Ｌ（図示せず）と、一定
圧力源６３１からの管路に介装されたアキュムレータ６
３３Ｕ及び６３３Ｌ（図示せず）とを有している。流体
圧制御弁５０Ｕは、圧力源６３１Ｕと流体圧シリンダ６
２８Ｕとタンク６２５Ｕとの間に配管を介して接続さ
れ、アキュムレータ６３３はこの流体圧制御弁５０Ｕと
圧力源６３１を結ぶ管路から分岐して設けられている。
なお流体圧制御弁５０Ｕは、本来２方弁であるものが３
方弁として使用されており、一方の制御ポートＰ_cが一
定圧力源６３１に、他方の制御ポートＰ_cがタンク６２
５Ｕに接続され、また供給ポートＰ_sには流体圧シリン
ダ６２８が接続されている。

【００４２】下位コントローラ６４０Ｕの構成を表すブ
ロック図を図３に示す。図３において、下位コントロー
ラ６４０Ｕは、流体圧シリンダ６２８Ｕに流入する流量
を指定する上位コントローラ６４１からの指令信号、流
体圧制御弁５０Ｕの変位センサ１１Ｕからの変位量信
号、及び金敷６２９Ｕの変位を検出する変位センサ６２
４Ｕからの変位量信号を受けて、流体圧制御弁５０の開
閉量を決める制御信号を発生する演算回路６３５と；流
体圧制御弁５０の弁体振動系の共振周波数の正弦波信号
を発生する発振器６３６と；演算回路６３５からの制御
信号と発振器６３６からの正弦波信号の乗算を行って流
体圧制御弁５０の駆動信号を生成する掛算器６３７と；
この駆動信号を電圧増幅するアンプ６３８と；増幅され
た駆動信号を基に加振源である流体圧制御弁の圧電素子
７を駆動する駆動回路６３９とにより構成されている。
そしてこれによって流体圧シリンダ６２８Ｕに与える流
量または圧力を制御し、流体圧シリンダ６２８Ｕの位置
制御を行う。なお、流体圧シリンダ６２８Ｕの力制御を
行うときは、変位センサ６２４Ｕに換えて力センサや圧
力センサの出力を演算回路６３５に帰還する。

【００４３】また、以上は、煩雑を避けるために、流体
圧制御弁５０Ｕ，Ｌのうちの一方である流体圧制御弁５
０Ｕ及びこの流体圧制御弁５０Ｕに関連する諸部材（符
号にＵを付したもの）の構造及び配置を主として示した
が、他方の流体圧制御弁５０Ｌ及びこの流体圧制御弁５
０Ｌに関連する同様の諸部材（符号にＬを付したもの）
についても、特に図示しないが、同様の構造及び配置と
なっている。よって、以下適宜、各部材について２つず
つをまとめて説明する場合には、符号のＵ，Ｌを省略し
て表す。

【００４４】上記構成における動作及び作用効果を以下
に説明する。上記幅圧縮加工機６００に備えられた流体
圧制御弁５０（図１参照）において、弁体３は、錘１
９、延長ステム９ａ，ｂ、鋼球１０ａ，ｂ、板ばね４
ａ，ｂとともに、これらの質量（板ばね４ａ，ｂは等価
質量）及び板ばね４ａ，４ｂのばね定数で定まる共振振
動を備えた弁体振動系を構成している。よって、圧電素
子７に、この弁体振動系の共振周波数ｆ_nに等しい周波
数かつ振幅Ｖ_oの電圧を印加して、周波数ｆ_nかつ振幅Ｘ
_oで駆動するようにすれば、弁体３は、周波数ｆ_nかつ振
幅αＸ_o（αは共振倍率）で振動する。これはすなわ
ち、圧電素子７の変位が小さい欠点をカバーする変位拡
大機構を構成することになる。このとき、弁体振動系の
質量をｍ、板ばね４ａ，ｂのばね定数をｋ、減衰係数を
Ｃとすると、共振周波数ｆ_n及び共振倍率αはそれぞ
れ、ｆ_n＝（１／２π）√（ｋ／ｍ） α＝√（ｍ・ｋ／Ｃ）で与えられる。そして、弁体３がαＸ_oの振幅で振動す
ると、供給ポートＰ_sから間欠的に流体圧シリンダ６２
８Ｕに高圧流体が流出し、かつ一方の制御ポートＰ_cか
ら間欠的にタンク６２５Ｕに流体が流出することにな
る。このときの出力流量ｑは、弁体振幅αＸ_oに比例す
るので、圧電素子７に印加する電圧の振幅Ｖ_oを変える
ことによって出力流量ｑを制御できることになる。

【００４５】上記動作における、上位コントローラ６４
１から下位コントローラ６４０への指令信号、下位コン
トローラ６４０から圧電素子７への入力信号（振幅
Ｖ_c、共振周波数ｆ_nの正弦波）と、この入力信号による
圧電素子７の変位Ｘ_oと、圧電素子７により駆動される
弁体３の変位αＸ_oと、弁体３の変位αＸ_oによって生じ
る出力流量ｑ、及び出力流量ｑを時間平均した実効流量
をそれぞれ同一時間軸上に対比させて図４に示す。

【００４６】以上のような原理により、弁体３が振動す
ると、一定圧力源６３１及びアキュムレータ６３３から
の流体を流体圧シリンダ６２８に供給するとともに流体
圧シリンダ６２８内の流体をタンク６２５に排出するの
で、弁体３の振動周波数と等しい振動周波数で流体圧シ
リンダ２８が振動する。したがって、流体圧シリンダ６
２８に固定された金敷６２９で材料６３０を強制振動さ
せつつ圧縮することができる。なお、このとき、流体圧
制御弁５０に接続された流体圧シリンダ６２８の固有周
波数が出力流量の脈動の周波数より十分に高ければ、流
体圧シリンダ６２８は脈動の周波数で振動するが、逆に
低ければ、流体圧シリンダ６２８は脈動に追従せず平均
値である実効流量の変動にのみ追従する点に留意する必
要がある。

【００４７】ここで、このように材料６３０の両端に加
振しつつ圧縮すると、板端のひずみに対し板中央部のひ
ずみが大きくなってこのひずみの大きい板中央部が先に
塑性域に入ることとなるので、これによって、加振せず
材料６３０を圧縮した場合のように変形が板中央部より
板端に集中し板の中央部に対して両端部が厚くなるドッ
グボーンが発生するのを防止する。そして、この板中央
部のひずみは、金敷６２９を介し加えられる加振周波数
が板の共振周波数ｆ_bと一致したときに最大となり、ま
たこれに近いほど大きくなる性質をもっている。

【００４８】ここで従来の幅圧縮加工機においては、加
振源である流体圧制御弁からの流体の脈動周波数が一定
値に固定されていたので、金敷を介し、塑性変形を促進
するに充分な高い加振周波数を材料に与えるのが困難で
あった。このような従来の幅圧縮加工機に備えられた流
体圧制御弁１５０の構造を比較例として図５に示す。図
１に示した本実施例の流体圧制御弁５０と同等の部材に
は同一の符号を付す。図５において、流体圧制御弁１５
０が図１の流体圧制御弁５０と異なる主要な点は、弁体
３の延長ステム９ｂに錘１９が取り付けられていないこ
とである。そして、これに対応し、弁本体１は分割され
ず一体であり、リニア軸受６ａ，ｂも１つのリニア軸受
６となり、ベース２１は省略されている。すなわち、弁
体振動系のばね定数も質量も一定値に固定されており、
この結果共振振動数ｆ_nが固定となっているので、塑性
変形を促進するに充分な高い加振周波数（例えば板幅１
２００ｍｍの熱間材の共振周波数ｆ_bは約１．６ｋＨ
ｚ）を材料に与えるのが困難であった。

【００４９】これに対し、本発明の幅圧縮加工機６００
においては、流体圧制御弁５０に備えられる錘１９の枚
数や種類を変えて細かく弁体振動系の質量を調節するこ
とにより、弁体振動系の共振周波数ｆ_nを可変とするこ
とができる。この原理を図６（ａ）（ｂ）により説明す
る。図６（ａ）（ｂ）は、弁体振動系の周波数応答を表
す概念図であり、横軸が弁体振動系の共振周波数ｆ_n、
縦軸がゲイン（＝変位拡大率＝弁体３の振幅／圧電素子
７の振幅）をとって示したものである。いま、弁体振動
系を図中Ｉで示す曲線のように共振周波数ｆ_nにおいて
ゲインｇ_nを得る２次の振動系とする。

【００５０】このような弁体振動系の共振周波数ｆ_nを
変化させる一つの方法として、まず、電気的に共振周波
数を変える方法がある。これを図６（ａ）により説明す
る。すなわち、この方法は、弁体３の変位を入力信号に
フィードバックしてそのフィードバックゲインを変化さ
せるという方法であるが、この場合図６（ａ）に示すよ
うに、共振周波数をｆ_n1，ｆ_n2と変化させるに従ってゲ
インがｇ_n1，ｇ_n2と下がってしまう。この方法では機械
系がもともと持っているゲインを電気的に抑えこんでい
るだけなので、機械系のゲインを超えて弁体振幅を拡大
することはできない。つまり、共振周波数ｆ_nを変化さ
せることができても、流体圧シリンダ６２８を駆動する
に十分な流量は得られないということになる。一方、弁
体振動系の共振周波数ｆ_nを変化させるもう一つの方法
は、図６（ｂ）に示されるように機械的にゲインを変え
る方法であり、周波数が変わってもゲインが一定となる
特性となる。このように機械的に共振周波数を変えるた
めには、弁体振動系の質量ｍかばね定数ｋのどちらか一
方、あるいは両方を変化させてやればよい。本実施例の
流体圧制御弁５０は、錘１９を着脱することで弁体振動
系の質量ｍを変えるので、この方法に該当する。

【００５１】以上のように、本実施例による流体圧制御
弁５０では、弁体振動系の共振周波数ｆ_nを可変とする
ことができる。この結果、圧電素子７を駆動して、弁体
振動系を介し、流体圧シリンダ６２８を任意の位置（ま
たは任意の発生力）で保持しつつ、任意の周波数で流体
圧シリンダ６２８の大きな変位加振（または力加振）を
行うことができる。よって、上記比較例では不可能であ
った十分に高い周波数で流体を脈動させることが可能と
なる。すなわち例えば、錘１９を付加した弁体振動系の
質量ｍを例えば１００ｇとし、板ばね４ａ，ｂのばね定
数ｋを７．９ｋＮ、減衰係数Ｃを６２．８Ｎｓ／ｍとす
ると、共振周波数ｆ_n＝約１．４ｋＨｚ、共振倍率α＝
１４．１倍になる。そして錘１９を減らして弁体振動系
の質量ｍを１／２の５０ｇとすると、弁体振動系の共振
周波数ｆ_n＝２ｋＨｚに増加させることができる。なお
このとき共振倍率α＝１０倍であり、共振倍率は一定と
はならないが、引き続き大きな共振倍率を確保できるの
で、入力振幅の大きさを絞るなどして弁体の振幅を一定
に制御すればよい。

【００５２】またこのような高周波数加振作用の一例を
さらに具体的に図７に示す。図７は、弁体３のスプール
径１０ｍｍ、シリンダ径４０ｍｍ、圧電素子７の振幅８
μｍ、弁体振動系の共振周波数ｆ_n＝２ｋＨｚとしてと
きの、圧電素子７へ与える入力信号、弁体３の変位量信
号、及び流体圧シリンダ６２８のピストンの変位量信号
を、横軸に時間をとって示したものである。図７に示さ
れるように、圧電素子７による加振が始まると弁体３は
共振を開始して振幅を増大する。このとき圧電素子７の
振幅は１０数倍に拡大され、弁体３の変位振幅は１２２
μｍｐ−ｐとなった。また、これと同時に、流体圧シリ
ンダ６２８のピストンも周波数２ｋＨｚで振動を始め、
最大で４０μｍｐ−ｐの変位振幅を得ることができた。
ここで、従来の高速流体圧制御弁、例えばサーボ弁で
は、速いものでも周波数応答は３００Ｈｚ程度で、特別
に高速に作られたものでも１ｋＨｚ程度が限界であった
のに比べれば、非常に高い周波数で流体を脈動させるこ
とができることがわかる。

【００５３】このように、本実施例の幅圧縮加工機６０
０においては、板の共振周波数ｆ_bに近い高い周波数で
流体を脈動させることができることから、結果として板
中央部のひずみを十分に大きくすることができる。よっ
て、板端及び板中央部ともに均等につぶし始めることが
できるので、材料６３０の塑性変形を促進することがで
きる。また板の共振周波数ｆ_bに等しい極めて高い周波
数を与えれば、材料６３０を共振させることもでき、さ
らに塑性変形促進効果を高めることができる。よって圧
縮能力が大きくなるので、生産能力の向上と生産コスト
の低減を実現できる。また同じ圧縮量を得るのに必要な
圧縮力・エネルギーが小さくて済むので、生産設備・ス
ペース・小型化を図ることができてコストを低減でき、
かつ設備投資を低減できる。さらに、後工程の圧延機で
の圧延において板端の厚い部分が外側に流れて変形し圧
延後の板幅が広くなる幅戻り現象を低減でき、圧延後の
加工精度を向上させることができる。また、より均一な
塑性変形を得ることができるので、製品品質と歩留まり
を向上することができる。

【００５４】また、材料６３０の板幅が狭くなるに連れ
て板の共振周波数ｆ_bが高くなるが、流体圧制御弁５０
は弁体振動系の共振周波数ｆ_nを任意に変えることで流
体圧シリンダ６２８の加振振動数を変えることができる
ので、材料６３０の変形量に相当する金敷６２９の変位
量を変位センサ６２４で検出して下位コントローラ６４
０（あるいは上位コントローラ６４１）に帰還し、下位
コントローラ６４０（あるいは上位コントローラ６４
１）がこの変位量から板の共振周波数ｆ_bを算出し、
（上位コントローラ６４１の場合は下位コントローラ６
４０を介して）流体圧制御弁５０を制御すれば、板幅変
化による共振周波数ｆ_bの変化に追従して加振周波数を
変化させることができる。従って、幅圧縮加工中、材料
６３０に与える振動を常に適正な状態に保つことがで
き、また最も塑性変形促進効果の高い材料共振状態に保
つことも可能となる。このため、圧縮量の増大、加工力
の低減、加工精度の向上等の効果をより大きく得ること
ができる。

【００５５】本発明の第２の実施例を図８により説明す
る。本実施例は、構造の異なる流体圧制御弁の実施例で
ある。本実施例による流体圧制御弁２５０の全体構造を
表す縦断面図を図８に示す。第１の実施例と同等の部材
には同一の符号を付す。図８において、流体圧制御弁２
５０が第１の実施例の流体圧制御弁５０と異なる主要な
点は、錘１９の着脱で弁体振動系の質量ｍを変える代わ
りに、延長ステム９ｂと一体に結合された電磁石２１
７、電磁石２１７の周囲に満たされた磁性材料２１６、
及び、電磁石２１７に与える電流を外部とやり取りする
ためのコネクタ２１８を設け、電磁石２１７に付着する
磁性材料２１６の量を調節することにより弁体振動系の
質量ｍを変える構成としたことである。すなわち、電磁
石２１７に与える電流を調節することにより電磁石２１
７の磁力を制御して磁性材料２１６の付着量を変化させ
る。このときの磁性材料としては磁性流体や砂鉄等が好
ましい。また、これに対応して、弁本体１は分割構造で
なく一体となっており、ベース２１は省略され、リニア
軸受６ａ，ｂは図５の比較例と同様の１つのリニア軸受
６となっている。その他の構造は第１の実施例とほぼ同
様である。

【００５６】本実施例の流体圧制御弁２５０によって
も、第１の実施例の流体圧制御弁５０と同様の効果を得
る。またこれに加え、弁体３を静止させることなく弁体
振動系の質量ｍを変えることができるので、例えば工場
の生産ラインなどで使用する場合、稼働を停止させる必
要がない等の効果がある。また、共振周波数ｆ_nを連続
的に変えることもできる効果もある。

【００５７】本発明の第３の実施例を図９により説明す
る。本実施例も、構造の異なる流体圧制御弁の実施例で
ある。本実施例による流体圧制御弁３５０の全体構造を
表す縦断面図を図９に示す。第１及び第２の実施例と同
等の部材には同一の符号を付す。図９において、流体圧
制御弁３５０が第２の実施例の流体圧制御弁２５０と異
なる主要な点は、電磁石２１７に付着する磁性材料２１
６の量を調節する代わりに、スリーブ２内に加圧流体を
導きその流体の量を調節することで弁体振動系の質量ｍ
を変化させることである。すなわち、延長ステム９ｂの
途中に一体に結合されたランド３０３ａと、ランド３０
３ａとほぼ同じ外径を持ちかつ延長ステム９ｂとほぼ同
じ径の穴を内部に貫通したランド３０３ｂと、このラン
ド３０３ａ及びランド３０３ｂを半径方向にガイドして
軸線方向の摺動を可能にするためにスリーブ２内に形成
された空洞部３０２と、ランド３０３ｂの図中右端に接
しランド３０３ｂを付勢して定位させるばね３１４とを
設け、ランド３０３ａ・ランド３０３ｂ・空洞部３０２
に囲まれた円筒状の閉空間に流体３１５を圧力Ｐ_Lで満
たしている。このとき弁体振動系の質量ｍは、弁体３の
質量、流体３１５の質量、及び板ばね４ａ，４ｂの等価
質量の和になる。このうち、流体３１５の質量はランド
３０３ａの位置により増減するが、このランド３０３ｂ
は、ばね３１４のばね力と流体３１５の圧力Ｐ_Lによる
力とがつり合う位置で停止する。よって、流体３１５の
圧力Ｐ_Lを制御することにより、流体３１５の質量を変
化させて弁体振動系の質量ｍを変化させ、これによって
共振周波数ｆ_nを可変とすることができる。このとき使
用する流体はできるだけ比重の大きな流体、例えば水銀
などが好ましい。その他の構造は、第２の実施例とほぼ
同様である。本実施例によっても、第２の実施例と同様
の効果を得る。

【００５８】本発明の第４の実施例を図１０〜図１３に
より説明する。本実施例は、ばね定数ｋを変えることで
弁体振動系の共振周波数ｆ_nを可変にする流体圧制御弁
の実施例である。本実施例による流体圧制御弁４５０の
全体構造を表す縦断面図を図１０に示す。第１〜第３の
実施例と同等の部材には同一の符号を付す。図１０にお
いて、流体圧制御弁４５０が第１の実施例の流体圧制御
弁５０と異なる主要な点は、板ばね４ａ，４ｂの代わり
に、変形量に応じばね定数が変化する非線形ばね４２６
ａ，４２６ｂを設け、そしてこれら非線形ばね４２６
ａ，４２６ｂの圧縮量を調整するための圧縮量調整機構
を設けたことである。この圧縮量調整機構は、中立点調
整ねじ８を回転させるサーボモータ４１２ａと、サーボ
モータ４１２ａの回転量を検出する回転計４１３ａと、
中立点調整ねじ機構を兼ね備えたフレーム５ｂを回転さ
せるサーボモータ４１２ｂと、サーボモータ４１２ｂの
回転量を検出する回転計４１３ｂ等により構成されてい
る。

【００５９】非線形ばね４２６ａ，ｂとしては、図１１
（ａ）に示すような単体で非線形特性を有するさらばね
や、図１１（ｂ）に示すような複数の板ばねを押圧量の
増加に伴って順次ばね作用を開始するように重ね合わせ
た重ね板ばね等を用いるのが、スペースを取らずに流体
圧制御弁を構成できる点で好ましい。

【００６０】上記以外の他の構造は第１の実施例の流体
圧制御弁５０とほぼ同様である。

【００６１】上記構成における、弁体振動系の共振周波
数ｆ_nの変更方法を図１２を用いて説明する。図１２
は、非線形ばね４２６ａ，ｂのばね特性を示している。
すなわち、ばね変位ｘの増加とともにばね力Ｆが加速的
に増え、ばね定数ｋが増加するようになっている。よっ
て、弁体３が、図１２中の動作点Ｘ₁において振幅Ａ₁で
振動する場合と、動作点Ｘ₂において振幅Ａ₂で振動する
場合を比較すると、仮に振幅Ａ₁と振幅Ａ₂が同じであれ
ば、振幅内での平均のばね定数が大きい動作点Ｘ₂の方
が明らかに周波数が高くなる。したがって、動作点の位
置すなわち予圧縮量を増減することで周波数を可変にで
きることがわかる。

【００６２】ここで、図１０において、非線形ばね４２
６ａ，４２６ｂは、予圧縮された状態で弁体３を保持し
ており、弁体３は予圧縮量を超えない範囲で振動を行う
ようになっている。したがって、サーボモータ４１２
ａ，４１２ｂで非線形板ばね４２６ａ，４２６ｂの予圧
縮量を調節することで、弁体振動系の共振周波数ｆ_nを
可変とすることができる。

【００６３】すなわち例えば、弁体振動系の質量ｍ＝５
０ｇ、非線形ばね４２６ａ，ｂのばね定数ｋ＝２ｋＮ、
減衰係数Ｃ＝３１．４Ｎｓ／ｍとすると、弁体振動系の
共振周波数ｆ_n＝１ｋＨｚ、共振倍率α＝１０倍にな
る。そして、サーボモータ４１２ａ，ｂを作動させて、
非線形ばね４２６ａ，ｂのばね定数ｋを例えば２倍の４
ｋＮにすると、共振周波数ｆ_n≒１．４ｋＨｚに増加さ
せることができる。なおこのとき、共振倍率α≒１４．
１倍となり、共振倍率は一定とはならないものの、十分
に大きな共振倍率を確保できるので、入力振幅の大きさ
を絞るなどして弁体の振幅を一定に制御すればよい。

【００６４】また、このとき、振動対象である弁体３は
スリーブ２との相対変位により制御オリフィス２ａ，２
ｂの開口面積を制御するものなので、基準となる中立位
置からずれないようにする必要がある。そこで、本実施
例の流体圧制御弁４５０では、サーボモータ４１２ａ，
ｂを左右両方に１つずつ設けるともに、回転計４１３
ａ，４１３ｂによって双方で同期をとりつつ予圧縮を行
い、これによって弁体３の中立を保持している。

【００６５】なお、図１２において、動作点が同じ場合
でも、振幅を変えると共振周波数ｆ_nは若干変化する
が、基本的には動作点を変化させるほうが容易に共振周
波数ｆ_nを変化させることができる。

【００６６】以上のようにして、本実施例の流体圧制御
弁４５０では弁体振動系の共振周波数ｆ_nの調節が可能
となったが、非線形ばね４２６ａ，ｂを用いることから
弁体振動系は非線形振動系となり、図１３のような周波
数応答を示す。すなわち、図１３において、周波数を上
昇させていくときには応答がＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄとなり、下
降させていくときにはＤ→Ｃ₁→Ｂ₁→Ａとなり、それぞ
れＢ→Ｃ、Ｃ₁→Ｂ₁の間で急激に振幅が変化する。これ
は、振動系に不安定が存在するため生じる、いわゆる飛
び移り現象といわれるものである。また、Ｂ₁→Ｂ、Ｃ
→Ｃ₁部分も不安定となりやすく、外乱があると他の解
に飛び移る傾向がある。したがって、使用時はこの点を
十分に考慮に入れ、例えば、変形量の増加とともにばね
定数が上がる場合には、共振周波数よりもやや低いＢ₁
点以下の周波数で使用するなどの注意が必要である。そ
の分ゲインは犠牲にはなるものの、電気的に共振周波数
を変える方法に比べれば、十分に大きなゲインを確保す
ることができる。

【００６７】以上のように構成した本実施例によれば、
非線形ばね４２６ａ，ｂの予圧縮量を変化させてばね定
数ｋを変化させ、弁体振動系の共振周波数ｆ_nを可変と
することができる。よって、第１の実施例と同様の効果
を得ることができる。

【００６８】なお、上記第４の実施例においては、非線
形ばね４２６ａ，ｂとして、変形量の増加とともにばね
定数が上がるものを使用したが、これに限られず、逆に
変形例の増加とともにばね定数が下がるものを使用して
もよい。この場合も、上記同様の方法で共振周波数を変
えることができ、同様の効果を得ることはいうまでもな
い。

【００６９】本発明の第５の実施例を図１４〜図１６に
より説明する。本実施例による流体圧制御弁５５０の全
体構造を表す縦断面図を図１４に示す。第１〜第４の実
施例と同等の部材には同一の符号を付す。図１４におい
て、流体圧制御弁５５０が第１の実施例の流体圧制御弁
５０と異なる主要な点は、１つだった圧電素子７が両側
に１つずつ配置される圧電素子５０７ａ，５０７ｂとな
り、両側から弁体３を加振することである。そしてこの
とき、両側の圧電素子５０７ａ，５０７ｂにそれぞれ一
定のオフセット電圧を与え、お互いを同期させてプッシ
ュプル駆動するようになっている。また、これに応じ
て、コネクタ１８が２つのコネクタ５１８ａ，５１８ｂ
となり、中立点調整ねじ８も２つの中立点調整ねじ５０
８ａ，５０８ｂとなり、板ばね４ｂの軸方向の変位を検
出する変位センサ１１の位置が変更されている。その他
の点は、第１の実施例とほぼ同様である。

【００７０】上記構成の本実施例の流体圧制御弁におけ
る作用を図１５（ａ）（ｂ）及び図１６（ａ）（ｂ）に
より説明する。図１５（ａ）は本発明の第１〜第４の実
施例における流体圧制御弁５０，２５０，３５０，４５
０の弁体振動系のモデル図であり、図１５（ｂ）はそれ
らの弁体振動の時間応答波形を示したものである。一般
に、圧電素子７は、正の入力電圧に応じて軸方向に伸び
るものであり、負の電圧を与えて縮めるという操作はで
きない。したがって、入力０の静止時に弁体３が制御オ
リフィスが閉じられる中立位置であったとして、この中
立位置から、図１５（ａ）のように弁体３の片側にある
圧電素子７で弁体３を振動させようとすると、ある値の
正のオフセット電圧を与えその位置で伸縮動作させると
いう使い方になる。したがって、図１５（ｂ）に示すよ
うに、入力振幅が大きくなるに従って必然的にオフセッ
ト電圧が増え、弁体３の振動中心が大きくずれた振動波
形となる。

【００７１】この対策として、オフセット電圧は一定
（たとえば最大入力電圧の１／２）にしておき、オフセ
ット電圧をかけた位置で弁体３が中立位置になるように
する方法が考えられるが、この方法だと常に電圧を印加
しておく必要があり、消費電力の点からあまり得策でな
い。また、第４の実施例による流体圧制御弁４５０で
は、サーボモータ４１２ａ，ｂ等からなる予圧縮量調整
機構を左右両方に設けてあることから、このずれ分を補
正することも可能であるが、ばねの予圧縮量調整と同時
に行うので、制御方法が複雑になる。

【００７２】これに対し、本実施例の流体圧制御弁５５
０の弁体振動系のモデル図を図１６（ａ）に、その弁体
振動の時間応答波形を図１６（ｂ）に示す。本実施例の
流体圧制御弁５００においては、図１６（ａ）に示すよ
うに、弁体３の両側に配置された圧電素子５０７ａ，５
０７ｂにそれぞれ一定のオフセット電圧を与え、お互い
を同期させてプッシュプル駆動して弁体３を加振する。
これにより、図１６（ｂ）に示すように、入力振幅の大
小にかかわらず弁体３が常に中立位置を中心に振動する
ことができる。また弁体３の変位を２倍にできるので、
大流量化を図ることもできる。

【００７３】なお、上記第５の実施例のような圧電素子
を２つ設ける構成は、弁体振動系の共振周波数ｆ_nを変
えない従来の流体圧制御弁（例えばサーボ系向けのも
の）においても適用でき、この場合、流量の増加と中立
位置が変動しないという２つの効果を得ることができ
る。

【００７４】本発明の第６の実施例を図１７及び図１８
により説明する。本実施例は、第１の実施例と異なる構
成の幅圧縮加工機の実施例である。第１〜第５の実施例
と同等の部材には同一の符号を付す。本実施例による幅
圧縮加工機７００の概略構造を表す概念図を図１７に示
す。図１７において、本実施例の幅圧縮加工機７００
が、第１の実施例の幅圧縮加工機６００と異なる主要な
点は、流体圧制御弁５０Ｕ，Ｌに加えてサーボ弁７２７
Ｕ，Ｌを設け、このサーボ弁７２７Ｕ，Ｌを介し供給さ
れた流体圧シリンダ２８内の流体を、流体圧制御弁５０
Ｕ，Ｌで排出することで脈動を発生させ、流体圧シリン
ダ６２８Ｕ，Ｌを加振する構成としていることである。

【００７５】すなわち、図１７において、サーボ弁７２
７Ｕ，Ｌは、圧力源６３１Ｕ，Ｌ及びタンク６２５Ｕ，
Ｌと流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌとの間に配管を介して
接続され、アキュムレータ６３３Ｕ，Ｌは、このサーボ
弁７２７Ｕ，Ｌと圧力源６３１を結ぶ管路に介装されて
いる。また流体圧制御弁５０Ｕ，Ｌは、サーボ弁７２７
Ｕ，Ｌと流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌとを結ぶ管路の途
中から分岐する管路と、流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌ内
の流体が排出されるタンク７２５Ｕ，Ｌとの間に介装さ
れている。さらにこのとき流体圧制御弁５０Ｕ，Ｌは２
方弁として使用されており、供給ポートＰ_sを流体圧シ
リンダ６２８Ｕ，Ｌに、２つの制御ポートＰ_c，Ｐ_cの両
方をタンク７２５Ｕ，Ｌに接続されている。従って、弁
体が１往復する間に流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌ内の流
体がタンク７２５Ｕ，Ｌに２度排出されるので、流体圧
シリンダ６２８Ｕ，Ｌの振動周波数は、弁体３の振動周
波数の２倍になる。なお、２つある制御ポートＰ_cの片
側を閉鎖すれば、第１〜第５の実施例同様、弁体３と流
体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌの振動周波数は等しくなる。

【００７６】またサーボ弁７２７Ｕ，Ｌ及び流体圧制御
弁５０Ｕ，Ｌはそれぞれ、下位コントローラ７４０Ｕ，
Ｌからの制御指令信号（サーボ弁７２７Ｕ，Ｌは単調信
号、流体圧制御弁５０Ｕ，Ｌは振動信号）によって駆動
され、これら下位コントローラ７４０Ｕ，Ｌは上位コン
トローラ７４１によって制御される。すなわち、下位コ
ントローラ７４０Ｕは、流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌの
ピストンの変位を検出する変位センサ６２４Ｕ，Ｌから
の変位量信号と、流体圧制御弁５０Ｕ，Ｌの板ばねの軸
方向変位を検出する変位センサ１１からの変位量信号と
を受け、これらに応じて、サーボ弁７２７Ｕ，Ｌと流体
圧制御弁５０Ｕ，Ｌの圧電素子７とに入力信号を与え
る。これにより流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌに与える流
量または圧力を制御して、流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌ
の位置制御を行う。なお、以上は流体圧シリンダ６２８
Ｕ，Ｌの位置制御を行う場合であるが、これに換えて力
制御を行う場合は、変位センサ６２４に換えて力センサ
や圧力センサの出力を下位コントローラ７４０Ｕ，Ｌに
帰還する。以上のような本実施例の構成及び制御の結
果、流体圧制御弁５０Ｕ，Ｌは、サーボ弁７２７Ｕ，Ｌ
と流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌとを結ぶ管路内の流体を
間欠的に排出させ、これに対応してサーボ弁７２７Ｕ，
Ｌが排出された分の流体を常に供給し続ける。したがっ
て、流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌはある基準位置（また
はある基準発生力）に保たれながら振動し、材料６３０
は、流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌとそれに接続された金
敷６２９Ｕ，Ｌにより振動を加えられながら圧縮加工さ
れる。

【００７７】なお、このときサーボ弁７２７Ｕ，Ｌの応
答があまりに速いと、流体圧シリンダ６２８Ｕ，Ｌの振
動を打ち消す（あるいは抑制する）ようにサーボ動作を
行う可能性があるので、変位センサ６２４Ｕ，Ｌに応答
性の低いものを用いるか、下位コントローラ７４０Ｕ，
Ｌ内で振動分を除去した後にサーボ弁７２７Ｕ，Ｌへの
帰還信号を与えるなどの対策が必要である。また、上記
実施例のサーボ弁７２７Ｕ，Ｌの代わりに、比例ソレノ
イド弁などのあまり高応答でない制御弁でもよい。

【００７８】本実施例によれば、流体圧シリンダ６２８
Ｕ，Ｌの振動中心位置を常に一定に保ちつつ振動させる
ことができる。このことを図１８に示す。図１８は、前
述した図７と同様、弁体３のスプール径１０ｍｍ、シリ
ンダ径４０ｍｍ、圧電素子７の振幅８μｍ、弁体振動系
の共振周波数ｆ_n＝２ｋＨｚとしてときの、圧電素子７
へ与える入力信号、弁体３の変位量信号、及び流体圧シ
リンダ６２８Ｕ，Ｌのピストンの変位量信号を、横軸に
時間をとって示したものである。図１８に示されるよう
に、圧電素子７による加振が始まると弁体３は共振を開
始して振幅を増大する。このとき圧電素子７の振幅は１
０数倍に拡大され、弁体３の変位振幅は１２２μｍｐ−
ｐとなった。また、これと同時に、流体圧シリンダ６２
８Ｕ，Ｌのピストンも周波数２ｋＨｚで振動を始め、最
大で約４０μｍｐ−ｐ程度の変位振幅を得ることができ
た。またこのとき、図７に示されたように第５の実施例
ではピストン変位の振動中心が初期位置から１２９μｍ
ずれていたが、本実施例では、振動中心位置を一定に保
ちつつ、同様の周波数及び変位振幅を得ることができる
ことがわかる。

【００７９】

【発明の効果】本発明の流体圧制御弁によれば、弁体振
動系の共振周波数を可変とするので、十分に高い周波数
で流体を脈動させることができる。よって、幅圧縮加工
機の加振圧縮加工装置の加振源として用い、材料の塑性
変形を促進することができる。また、極めて高い周波数
を与えれば材料を共振させることもできるので、さらに
塑性変形促進効果を高めることができる。

【００８０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による流体圧制御弁の全
体構造を表す縦断面図である。

【図２】図１に示された流体圧制御弁を備えた幅圧縮加
工機の概略構造を表す概念図である。

【図３】図２に示された下位コントローラの構成を表す
ブロック図である。

【図４】図２に示された各種信号、変位、流量の波形を
示した図である。

【図５】従来の幅圧縮加工機に備えられた流体圧制御弁
の構造を表す概念図である。

【図６】弁体振動系の周波数応答を表す概念図である。

【図７】図２に示された幅圧縮加工機における圧電素子
への入力、弁体の変位、流体圧シリンダのピストン変位
を表す図である。

【図８】本発明の第２の実施例による流体圧制御弁の全
体構造を表す縦断面図である。

【図９】本発明の第３の実施例による流体圧制御弁の全
体構造を表す縦断面図である。

【図１０】本発明の第４の実施例による流体圧制御弁の
全体構造を表す縦断面図である。

【図１１】図１０に示された非線形ばねの構成の一例を
表す断面図である。

【図１２】図１０に示された非線形ばねのばね特性を表
す図である。

【図１３】図１０に示された非線形ばねの周波数応答を
表す図である。

【図１４】本発明の第５の実施例による流体圧制御弁の
全体構造を表す縦断面図である。

【図１５】本発明の第１〜第４の実施例における流体圧
制御弁の弁体振動系のモデル図である。

【図１６】図１４に示した流体圧制御弁の弁体振動系の
モデル図である。

【図１７】本発明の第６の実施例による幅圧縮加工機の
概略構造を表す概念図である。

【図１８】図１７に示された幅圧縮加工機における圧電
素子への入力、弁体の変位、流体圧シリンダのピストン
変位を表す図である。

【符号の説明】

１弁本体１ａ，ｂ弁本体２スリーブ２ａ，ｂ制御オリフィス３弁体３ａ，ｂランド３ｃステム４ａ，ｂ板ばね（弾性部材）５ａ，ｂフレーム６ａ，ｂリニア軸受７圧電素子（加振手段）８中立点調整ねじ９ａ，ｂ延長ステム１０ａ，ｂ鋼球１１変位センサ（弁体変位検出手
段）１８コネクタ１９錘（おもり部材）２１ベース５０Ｕ，Ｌ流体圧制御弁（第１の流体圧制
御弁）２１６磁性材料２１７電磁石２１８コネクタ２５０流体圧制御弁（第１の流体圧制
御弁）３０２空洞部３０３ａランド（固定ランド）３０３ｂランド（可動ランド）３１４ばね３１５流体３５０流体圧制御弁（第１の流体圧制
御弁）４１２ａ，ｂサーボモータ（調整手段）４１３ａ，ｂ回転計（調整手段）４２６ａ，ｂ非線形ばね（弾性部材）４５０流体圧制御弁（第１の流体圧制
御弁）５０７ａ，ｂ圧電素子（加振手段）５０８ａ，ｂ中立点調整ねじ５１８ａ，ｂコネクタ５５０流体圧制御弁（第１の流体圧制
御弁）６００幅圧縮加工機６２４Ｕ，Ｌ変位センサ（負荷変位検出手
段）６２５Ｕ，Ｌタンク６２８Ｕ，Ｌ流体圧シリンダ（アクチュエー
タ）６２９Ｕ，Ｌ金敷（プレス工具）６３０材料６３１Ｕ，Ｌ一定圧力源６３３Ｕ，Ｌアキュムレータ６３５演算回路６３６発振器６３７掛算器６３８アンプ６３９駆動回路６４０Ｕ，Ｌ下位コントローラ（制御手段）６４１上位コントローラ（制御手段）７００幅圧縮加工機７２５Ｕ，Ｌタンク７２７Ｕ，Ｌサーボ弁（第２の流体圧制御
弁）７４０Ｕ，Ｌ下位コントローラ（制御手段）７４１上位コントローラ（制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−268952（ＪＰ，Ａ) 特開平６−159324（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−196479（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−57070（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−14269（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弁体及び少なくとも該弁体を振動可能に弾
性的に保持する弾性部材を備えた弁体振動系と、前記弁
体振動系を該弁体振動系の共振周波数近傍の周波数で加
振する加振手段とを有し、前記弁体の変位量に応じ流体
の流量・圧力を制御する流体圧制御弁において、前記弁体振動系の質量を可変とすることにより、該弁体
振動系の共振周波数を可変としたことを特徴とする流体
圧制御弁。
【請求項２】弁体及び少なくとも該弁体を振動可能に弾
性的に保持する弾性部材を備えた弁体振動系と、前記弁
体振動系を該弁体振動系の共振周波数近傍の周波数で加
振する加振手段とを有し、前記弁体の変位量に応じ流体
の流量・圧力を制御する流体圧制御弁において、前記弾性部材として少なくとも１つの非線形ばねを用い
前記弁体振動系のばね定数を可変とすることにより、該
弁体振動系の共振周波数を可変としたことを特徴とする
流体圧制御弁。
【請求項３】弁体及び少なくとも該弁体を振動可能に弾
性的に保持する弾性部材を備えた弁体振動系と、前記弁
体振動系を該弁体振動系の共振周波数近傍の周波数で加
振する加振手段とを有し、前記弁体の変位量に応じ流体
の流量・圧力を制御する流体圧制御弁において、前記弁体振動系の共振周波数を可変とし、前記加振手段は、前記弁体振動系の振動方向両側に１つ
ずつ設けられており、かつ、これら２つの加振手段は、
一の側の加振手段が前記弁体振動系を押圧するときには
他の側の加振手段が前記弁体振動系を引張し、一の側の
加振手段が前記弁体振動系を引張するときには他の側の
加振手段が前記弁体振動系を押圧するように、互いに同
期して制御されていることを特徴とする流体圧制御弁。
【請求項４】請求項３記載の流体圧制御弁において、前
記弁体振動系の質量及びばね定数のうち少なくとも一方
を可変とすることにより、該弁体振動系の共振周波数を
可変としたことを特徴とする流体圧制御弁。
【請求項５】請求項４記載の流体圧制御弁において、前
記弁体振動系のばね定数を可変とすることにより、該弁
体振動系の共振周波数を可変としたことを特徴とする流
体圧制御弁。